JP2007506038A5 - - Google Patents

Description

インジェクタ装置のための駆動回路

本発明は、インジェクタ装置のための駆動回路に関する。特に、排他的ではないにしても、内燃機関のインジェクタ装置のための駆動回路に関しており、インジェクタ装置は、インジェクタ弁のニードル移動を制御する圧電アクチュエータを有するタイプのインジェクタを少なくとも１つ含む。

自動車エンジンは、一般的に、エンジンの個々のシリンダまたは吸気マニホルドの中へ燃料（例えばガソリンまたはディーゼル燃料）を噴射する燃料インジェクタを備えている。エンジン燃料インジェクタは、燃料供給システムによって供給される高圧燃料を含む燃料レールへ結合している。ディーゼルエンジンにおいて、通常、従来の燃料インジェクタは、燃料レールから計量されて、対応するエンジンシリンダまたは吸気マニホルドの中へ噴射される、流体燃料の量を制御するために開閉するように動く弁を使用する。

燃料の正確な計量を提供する燃料インジェクタの１つのタイプは、圧電燃料インジェクタである。圧電燃料インジェクタは、圧電要素のスタックから作られた圧電アクチュエータを使用する。圧電要素のスタックは、噴射弁を開閉してエンジンの中へ噴射する燃料を計量するために、機械的に連続して配置される。圧電燃料インジェクタの例は、米国特許第４，１０１，０７６号および第４，６３５，８４９号に開示されている。圧電燃料インジェクタを自動車エンジンで使用することは、公知である。

圧電燃料インジェクタを使用した燃料の計量は、一般的に、圧電要素に加えられる電位を制御し、それにより圧電要素の拡張量および収縮量を変化させることによって達成できる。圧電要素の拡張量および収縮量は、弁ピストンの移動距離を変化させ、したがって燃料インジェクタを通過する燃料の量を変化させる。圧電燃料インジェクタは、少量の燃料を正確に計量する能力を提供する。しかし、圧電燃料インジェクタは、一般的に、適切に機能するために比較的高い電圧（通常、数百ボルト）および大きい電流（数十アンペア）を必要とする。

圧電燃料インジェクタを制御する通常の駆動回路は、一般的に複雑であり、大きなエネルギーを必要とする。このエネルギーは、通常、専用電源、例えば変圧器によって提供される。この変圧器は、自動車のバッテリによって生成された電圧（例えば１２ボルト）を高い電圧（例えば２３０ボルト）へ昇圧する。次に、昇圧された電圧は、各々の噴射に応じて１つまたは複数の燃料インジェクタを充電および放電するための大きな蓄積コンデンサへ加えられる。この専用電源は、エンジンのフル稼働負荷およびスピード範囲にわたって蓄積コンデンサの電圧を維持するのに十分なエネルギーを生成する。しかし、これだけの規模の専用電源を設ける欠点は、コストが増大することである。更なる欠点は、駆動回路を制御するために必要なコントローラが大規模でなければならないことである。

特開２００３−１１１４４８号公報に対応するドイツ特許出願第ＤＥ１０２４５１３５Ａ１号（Ｎｉｐｐｏｎ Ｓｏｋｅｎ，Ｉｎｃ．ら）には、複数の圧電燃料インジェクタを制御する駆動回路が記述されている。駆動回路は、自動車のバッテリによって生成された電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣ電圧コンバータ２１を備える。昇圧された電圧は回路内のコンデンサへ加えられ、コンデンサは燃料インジェクタ圧電要素を充電するために使用される。駆動回路は、ある単一の電圧供給レールを備え、純粋に単一方向性を持ち（即ち、負の電圧を提供しない）、したがって負および正の電圧を両方必要とする双方向性燃料インジェクタを駆動するために使用することはできない。

自動車の製造業者は１２ボルトの自動車バッテリを４２ボルトの充電システムで置き換えようとしていることが提案されている。この変更は、機械および流体システムをエレクトロニクス（即ち、「配線による駆動」）で置き換える動きによって促進されており、燃料効率を改善し排気ガスを削減する方法を提供するであろう。現在の駆動回路に伴う他の問題は、より高い４２ボルトの電源（または、より低い電源）が必要とされるときに、大きな蓄積コンデンサにかかる電圧の動的な制御が困難となることである。

したがって、本発明の目的は、インジェクタ装置について現在の駆動回路よりも少ない構成要素で済み、したがって現在の駆動回路よりも安価で制御し易い駆動回路を提供することである。本発明の他の目的は、供給電力の異なる電源と共に使用するのに適した駆動回路を提供することである。

本発明の第１の態様によれば、少なくとも１つのインジェクタを有するインジェクタ装置のための駆動回路が提供される。この駆動回路は、第１の電圧レベルにある第１の電圧レール（Ｖ₀、Ｖ_supply）と、第１の電圧レベルよりも高い第２の電圧レベルにある第２の電圧レール（Ｖ₁）と、電圧供給手段（２２、３６）と、第１の電圧レール（Ｖ₀、Ｖ_supply）と第２の電圧レール（Ｖ₁）とに接続されており、放電中に少なくとも１つのインジェクタ（１２ａ、１２ｂ）と操作可能に接続され、インジェクタへ放電電流を流すことによって噴射を開始する第１の電荷蓄積手段（Ｃ２）と、充電中に少なくとも１つのインジェクタ（１２ａ、１２ｂ）と操作可能に接続され、インジェクタへ充電電流を流すことによって噴射を終了する第２の電荷蓄積手段（Ｃ１）と、第１の電荷蓄積手段（Ｃ２）が少なくとも１つのインジェクタへ操作可能に接続されるか、第２の電荷蓄積手段（Ｃ１）が少なくとも１つのインジェクタへ操作可能に接続されるかを制御するスイッチ手段（Ｑ１、Ｑ２）と、充電段階の最後に動作可能であって、後続の放電段階の前にエネルギー蓄積デバイス（Ｌ１）を介して電圧供給手段から少なくとも第２の電荷蓄積手段へ電荷を転送する再生スイッチ手段（Ｑ５、Ｑ２、Ｌ１）とを備える。

好ましくは、第１の電荷蓄積手段は、第１の電圧レールおよびアース端子に接続されている。

本発明の第１の実施形態において、再生スイッチ手段は、好ましくは充電段階の終わりに、電圧供給手段から第１の電荷蓄積手段へ電荷を転送し、次に、エネルギー蓄積デバイスを介して第１の電荷蓄積手段から第２の電荷蓄積手段へ電荷を転送するように動作することができる。最も好ましくは、再生スイッチ手段は、電圧供給手段から第１および第２の電圧レールへ電荷を転送し、第１および第２の電荷蓄積手段にかかる電圧が増加するように使用される。この実施形態において、電圧供給手段は、有利なことに自動車バッテリと、自動車バッテリによって生み出された電圧を、第１の電荷蓄積手段へ加えるのに適したより高い電圧に昇圧する変圧器とを備える。本発明のこの実施形態の利点は、電圧供給手段が第１の電荷蓄積手段上の電荷を増やすためのみに使用されることであり、したがって公知の駆動回路よりも小さくて安価な電圧供給手段を使用できることである。本発明のこの実施形態の更なる利点は、もし電圧供給手段が４２ボルトの充電システムを提供し、インジェクタが同じような電圧で動作可能であれば、変圧器は必要とされず、それによって電圧供給手段の規模およびコストが更に低減されることである。

本発明の第２の実施形態において、再生スイッチ手段は、後続の放電段階の前に、好ましくは充電段階の終わりに、電圧供給手段から第１の電荷蓄積手段へ電荷を転送し、更に、第２の電荷蓄積手段へ電荷を転送するように動作することができる。最も好ましくは、再生スイッチ手段は、電圧供給手段から第２の電圧レールへ電荷を転送し、第２の電荷蓄積手段にかかる電圧が大きくなるように使用される（第１の電圧レールは、電圧供給手段によって供給される）。好ましくは、電圧供給手段は自動車バッテリを備え、有利なことに、自動車バッテリによって生成された電圧を昇圧する変圧器は必要ではない。この実施形態の利点は、専用電源（例えば変圧器）を設ける必要がないことであり、これは従来技術であり公知である駆動回路よりも安価で制御し易い駆動回路を実現する。

もし約−１２ボルトで動作可能なインジェクタが駆動回路において使用される場合、第１の電荷蓄積手段と第２の電荷蓄積手段の電気容量の割合は、好ましくは、インジェクタに必要な負の動作電圧が得られるように選択できる。

本発明の双方の実施形態において、駆動回路は更にスイッチ手段を備えている。このスイッチ手段は、充電を有効にするため閉止するように動作可能な第１のスイッチ（例えば「充電」スイッチ）と、放電を有効にするため閉止するように動作可能な第２のスイッチ（例えば「放電」スイッチ）とを含む。したがって、第１の実施形態において、再生スイッチ手段は、好ましくは、第２のスイッチの動作に応答して、電荷が電圧供給手段によって第１の電荷蓄積手段へ供給され、電圧供給手段から第２の電荷蓄積手段へ電荷を転送するように構成される。第２の実施形態において、再生スイッチ手段は、好ましくは、第２のスイッチの動作に応答して、電圧供給手段から第１および第２の電荷蓄積手段へ電荷を転送するように構成される。

再生スイッチ手段は、全ての噴射において動作可能である必要はなく、幾つかの噴射においてのみ選択的に動作可能であればよい。

好ましくは、第１および第２の電荷蓄積手段はコンデンサを備え、エネルギー蓄積デバイスはインダクタである。

好ましくは、駆動回路は第１および第２のインジェクタを含む。これらのインジェクタは、並べて配置され、第１または第２のインジェクタの独立した選択を制御し、放電中に選択されたインジェクタへ放電電流を供給して噴射を開始するための、スイッチ手段と、再生スイッチ手段と、更なるスイッチ手段とへ操作可能に接続される。

駆動回路は、好ましくは、中央回路分岐を有する半Ｈブリッジ回路（ｈａｌｆ Ｈ−ｂｒｉｄｇｅ ｃｉｒｃｕｉｔ）として構成され、第１および第２のインジェクタは中央回路分岐の中で並べて配置される。

駆動回路は、更に、選択されたインジェクタ（更に、もし望まれるならば、選択されないインジェクタも）にかかる電圧を検知する電圧検知手段と、検知された電圧を示す信号を受け取って、いったん所定の充電閾値電圧が検知されると、更なるスイッチ手段へ終了制御信号を提供して、選択されたインジェクタの充電を終了する制御手段とを含むことができる。制御手段は、更に、開始信号をスイッチ手段へ提供して、選択されたインジェクタの充電を開始するように構成することができる。制御手段は、更に、開始制御信号をスイッチ手段へ提供して、選択されたインジェクタの放電モードを開始し、いったん所定の放電閾値電圧が検知されると、終了制御信号をスイッチ手段へ提供して放電段階を終了するように構成することができる。

駆動回路は、更に、第１および第２のコンデンサ上の電圧を検知する検知手段を含むことができる。制御手段は、更に、開始信号を提供して回路の再生を開始し、終了信号を提供して再生を終了するように構成することができる。

制御手段は、更に、パルス幅変調信号を提供して、再生中に放電スイッチを交互に有効および無効にする（即ち、放電スイッチをオンおよびオフへ脈動する）ように構成できる。

放電スイッチを「動作可能」にするとは、再生電流が所定の電流レベル以下に降下することによる、パルス幅変調信号を介するマイクロプロセッサの直接制御、または任意の他の適切な方法によって、放電スイッチを有効に（即ち、閉止）する状態にすることを意味する。同様に、放電スイッチを「動作不能」にするとは、放電スイッチが、最初に有効化されなければ動作可能にならない状態にすることを意味する。

本発明の駆動回路は、少なくとも２つのインジェクタより成るバンク（ｂａｎｋ）を制御するのに適している。各々のインジェクタは、関連した燃焼空間またはエンジンシリンダへ燃料を噴射するように構成される。バンクは任意の数のインジェクタを含むことができ、エンジンはエンジンシリンダの数に依存して複数のインジェクタ・バンクを有することができる。しかし、駆動回路は、ただ１つのインジェクタを制御するように一様に応用可能である。本発明の駆動回路は第１および第２の電圧レールを有するので、駆動回路は双方向形式で動作し、したがって動作に正および負の両方の電圧を必要とする双極性（ｂｉ−ｐｏｌａｒ）燃料インジェクタを駆動するのに適している。

本発明の第２の態様によれば、少なくとも１つのインジェクタを有するインジェクタ装置を制御する方法が提供される。この方法は、放電中に少なくとも１つのインジェクタへ第１の電荷蓄積手段を操作可能に接続し、放電電流がインジェクタを流れるようにすることによって噴射を開始するステップと、充電中に少なくとも１つのインジェクタへ第２の電荷蓄積手段を操作可能に接続し、充電電流がインジェクタを流れるようにすることによって噴射を終了するステップと、後続の放電段階の前に、電荷が電圧供給手段からエネルギー蓄積デバイスへ転送され、エネルギー蓄積デバイスから少なくとも第２の電荷蓄積手段へ転送される再生段階を開始するために、充電段階の終わりに再生スイッチ手段を有効化するステップと、再生スイッチ手段を無効化して再生段階を終了するステップとを含む。

本発明の１つの実施形態において、有効化ステップの間、電荷は電圧供給手段からエネルギー蓄積デバイスへ転送され、続いてエネルギー蓄積デバイスから第１および第２の電荷蓄積手段へ転送される。本発明のこの態様の他の実施形態において、有効化ステップの間、電荷は電圧供給手段から第１の電荷蓄積手段へ転送され、続いて第１の電荷蓄積手段からエネルギー蓄積デバイスへ転送されて、第２の電荷蓄積手段へ転送される。

好ましくは、エネルギー蓄積デバイスとの間で電荷を転送するステップは、最も好ましくは、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号の制御のもとで、周期的に実行される。

燃料インジェクタの効率性は、どれくらいのエネルギーが第１および第２の電荷蓄積手段から除去されるかを決定し、また更に、第１および第２の電荷蓄積手段に蓄積される電荷を再生するためのある時間周期にわたるエネルギー蓄積デバイス内のピーク電流を決定する。言い換えれば、インジェクタの効率がよくなれば、エネルギー蓄積デバイス内の電流は小さくなり、必要な再生時間は短くなる。したがって、再生時間を制御できることは、本発明の好ましい特徴である。

好ましくは、本方法は、ＰＷＭ信号の特性（例えば、デューティサイクル（ｄｕｔｙ−ｃｙｃｌｅ）および変調周波数）を変更する更なるステップを含む。必要とされるデューティサイクルは、電圧供給手段の電圧に依存する場合がある。例えば、もし電圧供給手段の電圧が低ければ、必要なＰＷＭ有効時間は長くなり、逆に、もし電圧供給手段の電圧が高ければ、必要なＰＷＭ有効時間は短くなる。ＰＷＭ信号のデューティサイクルおよび変調周波数、または、ＰＷＭ信号のデューティサイクルまたは変調周波数は、例えば再生スイッチ手段を直接作動させるため、マイクロプロセッサによって任意に変更可能である。好ましくは、ＰＷＭ信号の特性は、標準の放電を開始し、しかしインジェクタではなく再生スイッチ手段を選択することにより、エネルギー蓄積デバイス内の電流を駆動回路が検出できることによって制御できる。

本方法は、第１または第２の電荷蓄積手段がインジェクタへ操作可能に接続されることを制御する更なるステップを含むことができる。

本方法は、更に、再生開始信号を提供して再生スイッチ手段を有効化し、これにより再生段階を開始し、再生終了信号を提供して再生スイッチ手段を無効化し、これにより再生段階を終了するステップを含むことができる。

好ましくは、再生開始信号は、各々の噴射の後に提供することができる。また代替として、再生開始信号は、所定の数の噴射の後に提供することができる。即ち、再生段階は噴射の合間に実行することができる。有利なことに、再生段階は、第１および第２の電荷蓄積手段に一定の電荷を維持するのに必要な周期で実行できる。

本発明は、インジェクタが圧電アクチュエータを有するインジェクタシステムへ特に応用可能であるが、インジェクタが容量性といった特性を有する任意のシステム、例えばモータ駆動インジェクタへ同じように応用できることが分かる。

これから添付の図面を参照し、例を挙げて、本発明の好ましい実施形態を説明する。

図１を参照すると、例えば自動車のエンジン等のエンジン１０は、一般的に、燃料を計量し、その燃料をエンジン１０の個々のシリンダまたは吸気マニホルドへ噴射する第１および第２の圧電燃料インジェクタ１２ａおよび１２ｂを有することが示されている。圧電燃料インジェクタ１２ａおよび１２ｂは、エンジン１０の各々の燃料噴射ストロークの間、燃料供給システムの燃料レールからエンジンの中へ噴射される流体（例えば液体）燃料の量を制御する。圧電燃料インジェクタ１２ａおよび１２ｂは、ディーゼル燃料をエンジンの中へ噴射するためにディーゼルエンジンの中で使用でき、または、燃焼可能なガソリンをエンジンの中へ噴射するために火花点火式の内燃機関の中で使用できる。２つの圧電燃料インジェクタ１２ａおよび１２ｂについて図１の実施形態で図示および説明するが、理解すべきは、エンジン１０が、共通の駆動回路によって制御可能な複数の圧電燃料インジェクタを含むことができるということである。

エンジン１０は、一般的に、エンジン制御モジュール（ＥＣＭ）１４によって制御される。ＥＣＭ１４は、一般的に、マイクロプロセッサおよびメモリ１６を含む。マイクロプロセッサおよびメモリ１６は、エンジン１０の動作を制御する様々な制御ルーチンを実行する。制御の中には、燃料噴射の制御が含まれる。ＥＣＭ１４は、エンジンのスピードおよび負荷をモニタし、燃料をエンジンシリンダの中へ噴射するために燃料の量および噴射タイミングを制御することができる。更に、マイクロプロセッサおよびメモリ１６の中には、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号２６を生成するパルス幅変調信号生成器２４が含まれる。その目的は、後で詳細に説明する。

本発明によれば、圧電半Ｈブリッジ駆動回路２０ａおよび２０ｂが、エンジン制御モジュール１４の中に組み込まれるように示されている。駆動回路２０ａおよび２０ｂは、インジェクタ高圧側（ｈｉｇｈ ｓｉｄｅ）の電圧ＩＮＪ１ＨＩおよびＩＮＪ２ＨＩ、およびインジェクタ低圧側（ｌｏｗ ｓｉｄｅ）の電圧ＩＮＪ１ＬＯおよびＩＮＪ２ＬＯをモニタおよび制御して圧電燃料インジェクタ１２ａおよび１２ｂの動作を制御し、インジェクタを開閉するように構成されている。圧電駆動回路２０ａおよび２０ｂは、図示されているようにエンジン制御モジュール１４の中に組み込まれるか、そこから分離して設けることができる。マイクロプロセッサおよびメモリ１６は、様々な制御信号１８および２６を駆動回路２０ａおよび２０ｂへ提供する。

本明細書で図示および説明する圧電駆動回路２０ａおよび２０ｂは、インジェクタ弁を開いて燃料を噴射するためインジェクタ１２ａおよび１２ｂを放電する放電段階で動作し、また更に、インジェクタ弁を閉止して燃料噴射を停止するためインジェクタ１２ａおよび１２ｂを充電する充電段階で動作する。この場合、インジェクタは負電荷変位（ｎｅｇａｔｉｖｅ−ｃｈａｒｇｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）タイプである。しかし、駆動回路２０ａおよび２０ｂとインジェクタ１２ａおよび１２ｂは、充電段階で開放し、放電段階で閉止するように構成可能である。この場合、インジェクタは正電荷変位（ｐｏｓｉｔｉｖｅ−ｃｈａｒｇｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）タイプである。

本発明の第１の実施形態に従った圧電駆動回路２０ａは、図２ａのブロック回路図で詳細に示されている。駆動回路２０ａは、第１および第２の電圧供給レールＶ₀およびＶ₁を含み、一般的に、双方向電流パスとして働く中央回路電流パス３２を有する半Ｈブリッジとして構成される。中央回路分岐３２は、インダクタＬ１と、電流検知および制御手段３４とを含む。これらインダクタＬ１と、電流検知および制御手段３４とは、インジェクタ１２ａおよび１２ｂと、関連した切替回路との並列接続に直列に結合されている。各々のインジェクタ１２ａおよび１２ｂは、コンデンサの電気特性を有し、その圧電アクチュエータ・スタックは、インジェクタ１２ａおよび１２ｂの充電（＋）端子と放電（−）端子との電位差である電圧を保持するように充電可能である。各々のインジェクタ１２ａおよび１２ｂの充電および放電は、マイクロプロセッサ１６により双方向電流パス３２を通る電流を制御することによって達成できる。

駆動回路２０ａは、更に、インジェクタ１２ａおよび１２ｂ、または、インジェクタ１２ａまたは１２ｂの充電および放電動作を制御する第１および第２のスイッチＱ１およびＱ２を含む。スイッチＱ１およびＱ２の各々は、ｎチャネルの絶縁ゲート双極性トランジスタ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｇａｔｅ ｂｉ−ｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）（ＩＧＢＴ）を含む。ＩＧＢＴは、コレクタからエミッタへの電流を制御するゲートを有する。スイッチＱ１およびＱ２の各々は、オンにされたとき、コレクタからエミッタへの単方向電流を可能にし、オフにされたとき、電流を止める。各々のスイッチＱ１およびＱ２は、この後で詳細に説明するように、回路動作のエネルギー回復または再循環段階の間、および再生段階の間に、再循環電流が、エネルギー蓄積コンデンサＣ１およびＣ２の形態をとる第２および第１の電荷蓄積手段へ戻されることを可能にするために、スイッチＱ１およびＱ２に接続された再循環ダイオードＤ１およびＤ２を有する。第２のエネルギー蓄積コンデンサＣ１は、第１および第２の電圧供給レールＶ₀およびＶ₁ に接続され、第１のエネルギー蓄積コンデンサＣ２は第１の電圧供給レールＶ₀とアース端子とに接続されている。

駆動回路２０ａは、更に、自動車のバッテリ等の電源２２を含む。しかし、インジェクタ装置の既知の駆動回路とは異なり、本発明の第１の実施形態の駆動回路２０ａは、第１および第２のエネルギー蓄積コンデンサＣ１およびＣ２へエネルギーを供給する専用電源、例えば図２ａの点線８５によって示されるものを含まない。

インジェクタ１２ａおよび１２ｂの各々は、関連したセレクタ・スイッチＱ３およびＱ４と直列に接続されている。各々のセレクタ・スイッチＱ３およびＱ４は、通常ＩＧＢＴの形式を取る。このＩＧＢＴは、バイアス電源入力で電力供給されるゲート・ドライブへ結合されたゲートを有する。例えば、第１のインジェクタ１２ａに関連したセレクタ・スイッチＱ３が有効化されると（即ち、オンに切り換えられると）、電流（Ｉ_DISCHARGE）が、選択されたインジェクタを放電方向へ流れる。ダイオードＤ３はセレクタ・スイッチＱ３と並列に接続され、回路動作の充電段階の間、電流（Ｉ_CHARGE）が充電方向へ流れることを可能にする。同様に、ダイオードＤ４は第２のインジェクタ１２ｂのためにセレクタ・スイッチＱ４と並列に接続されている。

再生スイッチＱ５は、回路２０の中で、バッテリを第１および第２のコンデンサＣ１およびＣ２へ接続する（または切り離す）ため、インダクタＬ１と自動車バッテリ２２との間に置かれる。再生スイッチＱ５は、通常ＩＧＢＴの形式を取る。このＩＧＢＴは、バイアス電源入力により電力を供給されるゲートドライブへ結合されたゲートを有する。ダイオードＤ５は、電流が充電中に流れないように、再生スイッチＱ５と直列に接続されている。

電流検知および制御手段３４は、パス３２の電流を検知し、検知された電流を所定の電流閾値Ｉ_PおよびＩ_Rと比較し、出力信号を生成するように構成されている。ここでＩ_Pはピーク電流閾値であり、Ｉ_Rは再循環電流閾値である。Ｉ_PおよびＩ_Rの所定値は、充電電圧閾値（Ｖ_CHARGE）および放電電圧閾値（Ｖ_DISCHARGE）と一緒に、マイクロプロセッサおよびメモリ１６の中に記憶されている。再生段階の終了時点を決定するための、コンデンサＣ１およびＣ２にかかる所定の電圧レベルＶ_gc1およびＶ_gc2もマイクロプロセッサおよびメモリ１６の中に記憶することができる。もし必要であれば、電流閾値Ｉ_PおよびＩ_R、電圧閾値Ｖ_CHARGEおよびＶ_DISCHARGE、および電圧レベルＶ_gc1およびＶ_gc2は調整可能であってもよい。

噴射のために選択されるインジェクタ１２ａおよび１２ｂにかかる電圧Ｖ_SENSEを検知するため、電圧検知手段（図示されず）も設けられている。電圧検知手段は、更に、第１のおよび第２のコンデンサＣ１およびＣ２にかかる電圧ＶＣ１およびＶＣ２、および自動車バッテリ２２の電圧を検知するためにも使用することができる。マイクロプロセッサおよびメモリ１６は、更に、充電、放電信号Ｃ／Ｄ（これらはスイッチを有効化および無効化するために使用できる）と、放電中にインジェクタの１つを選択するインジェクタ・セレクタと、再生スイッチＱ５とを活性化する制御信号を提供する。

駆動回路２０ａは、更に、電流検知および制御手段３４の出力と、インジェクタ１２ａおよび１２ｂの正の端子（＋）からの検知電圧Ｖ_SENSEと、マイクロプロセッサおよびメモリ１６からの様々な出力信号とを受け取る制御回路３０を含む。制御回路３０は、様々な入力を処理して、充電、放電スイッチＱ１およびＱ２、セレクタ・スイッチＱ３およびＱ４、および再生スイッチＱ５の各々のために制御信号を生成するように、マイクロプロセッサおよびメモリ１６によって実行できるソフトウェアを含むことができる。

駆動回路２０ａが動作している間、駆動パルス（または電圧波形）が燃料インジェクタ１２ａおよび１２ｂの圧電アクチュエータへ加えられる。駆動パルスは、充電電圧Ｖ_CHARGEと放電電圧Ｖ_DISCHARGEとの間で変化する。インジェクタ１２ａが非噴射状態にあるとき、噴射の前に、駆動パルスはＶ_CHARGEにあり、したがって比較的高い電圧が圧電アクチュエータへかかる。通常、Ｖ_CHARGEは約２００〜３００ボルトである。噴射の開始が必要であるとき、駆動パルスは、通常約−１００ボルトのＶ_DISCHARGEへ低減される。噴射を終了するためには、駆動パルスの電圧が、その充電電圧レベルＶ_CHARGEへ再び増加する。

駆動回路２０ａは、一般的に、３つの段階で動作する。即ち、（１）燃料インジェクタ１２ａおよび１２ｂの選択された一方を開放する放電段階と、（２）燃料インジェクタ１２ａおよび１２ｂを閉止する充電段階と、（３）回路２０ａ内のエネルギー蓄積デバイスＣ１およびＣ２へ再びエネルギーを与えて専用電源を不要にする再生段階とである。これらの段階の各々を今から詳細に説明する。

放電段階の間、放電スイッチＱ２が有効化され（即ち、閉止され）、セレクタ・スイッチＱ３およびＱ４の一方が有効化されて、噴射のためにインジェクタ１２ａおよび１２ｂの一方が選択される。したがって、例えば、もし第１のインジェクタ１２ａで噴射する必要があれば、セレクタ・スイッチＱ３が閉止される。第２のインジェクタ１２ｂの他のセレクタ・スイッチＱ４は、無効化されたままである。なぜなら、第２のインジェクタ１２ｂで噴射する必要はないからである。

第１のインジェクタ１２ａを使用した噴射が求められていると仮定すれば、放電スイッチＱ２が有効化されると、電流は、コンデンサＣ２の正の端子からセレクタ・スイッチＱ３を通って、選択されたインジェクタ１２ａの対応する負の側へ流れる。放電電流Ｉ_DISCHARGEは、インジェクタ１２ａのインジェクタ負荷により、電流検知および制御手段３４と、インダクタＬ１と、閉止された放電スイッチＱ２とを通って、コンデンサＣ２の負の端子へ戻る。セレクタ・スイッチＱ４は開放されたままであり、ダイオードＤ４が存在するので、実質的に電流は、第２のインジェクタ１２ｂを通ってインジェクタ１２ｂの負の側へ流れることはない。

電流検知および制御手段３４は、双方向電流パス３２を通って電流が増加するとき、その電流をモニタし、ピーク電流閾値Ｉ_Pに達すると、直ちに出力信号が生成され、放電スイッチＱ２の無効化（即ち、開放）が開始される。この時点で、インダクタＬ１において増加された電流は、充電スイッチＱ１に関連したダイオードＤ１を通って再循環する。その結果、インダクタＬ１およびインジェクタ１２ａおよび１２ｂの選択された１つを通る電流の方向は変化しない。これは、駆動回路２０ａの動作である放電段階の「再循環段階」として知られている。

再循環段階の間、電流は、コンデンサＣ１の負の側から、選択されたスイッチＱ３と、選択されたインジェクタ１２ａと、電流検知および制御手段３４と、インダクタＬ１と、最終的にダイオードＤ１とを通って、コンデンサＣ１の正の側へ直接流れる。この再循環段階の間、インダクタＬ１と、圧電インジェクタ１２ａまたは１２ｂの選択された１つとからのエネルギーは、コンデンサＣ１へ転送され、エネルギーとして蓄積される。

電流検知および制御手段３４は再循環電流をモニタし、再循環電流が再循環電流閾値Ｉ_R以下に降下したとき、放電スイッチＱ２を再有効化する信号が生成され、それによって放電動作が継続する。選択されたインジェクタ１２ａまたは１２ｂにかかる電圧Ｖ_inj1またはＶ_inj2も電圧検知手段（図示されず）によってモニタされ、電流増加および再循環のサイクルは、適切な放電電圧レベル（閾値Ｖ_DISCHARGE）が達成できるまで継続する。

この放電サイクルにおいて、コンデンサＣ２はエネルギーを提供し、コンデンサＣ１はエネルギーを受け取って蓄積する。いったん、適切な放電電圧閾値Ｖ_DISCHARGEが達成できると、半Ｈブリッジ駆動回路２０ａは、充電サイクルが開始されるまで無効化される。

第１のインジェクタ１２ａを充電（即ち、閉止）するためには、充電スイッチＱ１が有効化され、これにより充電電流Ｉ_CHARGEは、電流パス３２を通って第１のインジェクタ１２ａへ流れる。

これは、駆動回路２０ａの動作である充電段階として知られている。充電段階の間、充電電流Ｉ_CHARGEの大部分は、前に放電されたインジェクタ（即ち、第１のインジェクタ１２ａ）を通って流れる。前に放電されなかった第２のインジェクタ１２ｂは、もしそれにかかる対応する電圧Ｖ_inj2が充電電圧閾値V_CHARGE以下に降下していれば電流を受け取る。

電流検知および制御手段３４は電流の増加をモニタし、ピーク電流閾値Ｉ_Pに達すると、直ちに制御回路３０は充電スイッチＱ１を開放する制御信号を生成する。この時点で、インダクタＬ１の中で増加された電流は、（開放されている）放電スイッチＱ２に関連したダイオードＤ２を通って再循環する。これは、駆動回路２６の動作である充電段階のうちの再循環段階である。このように、インダクタＬ１と、インジェクタ１２ａと、インジェクタ１２ｂとを通る電流の方向は変化しない。

再循環段階の間、電流は、第２のコンデンサＣ２の負の側から、放電スイッチＱ２に関連したダイオードＤ２と、インダクタＬ１と、電流検知および制御手段３４と、インジェクタ１２ａおよび１２ｂと、ダイオードＤ３およびＤ４とを通って、エネルギー蓄積コンデンサＣ２の正の側へ流れる。この再循環段階の間、インダクタＬ１と、圧電インジェクタ１２ａおよび１２ｂとからのエネルギーは、エネルギー蓄積コンデンサＣ２へ転送される。電流検知および制御手段３４は、再循環電流をモニタし、再循環電流が再循環電流閾値Ｉ_R以下に降下したとき、充電プロセスを継続するため充電スイッチＱ１を再有効化する信号が生成される。選択されたインジェクタ１２ａにかかる電圧がモニタされ、電流の増加および再循環のサイクルは、適切な充電電圧レベル（閾値Ｖ_CHARGE）が達成できるまで継続する。この充電段階において、エネルギー蓄積コンデンサＣ１はエネルギーを提供し、エネルギー蓄積コンデンサＣ２はエネルギーを受け取って蓄積する。いったん適切な充電電圧閾値Ｖ_CHARGEが達成できると、半Ｈブリッジ駆動回路２０ａは、放電サイクルが開始されるまで無効化される。

充電段階に続いて、噴射の終わりに、再生段階が続く。再生段階の間、再生スイッチＱ５（これは、充電および放電段階の間、無効化されたままである）が有効化され、放電スイッチＱ２は、第１および第２のコンデンサＣ１およびＣ２が所定のレベル（即ち、それぞれ図３ａおよび図３ｂのＶ_gc1およびＶ_gc2）に達するまで、パルス幅変調信号２６の制御のもとで開放および閉止される。

図２ｂを参照して、再生スイッチＱ５が有効化されると、放電スイッチＱ２がオンに切り換えられている間、電流が、自動車バッテリ２２から引き出され、点線の矢印８７によって示されているように、インダクタＬ１および放電スイッチＱ２を通る。放電スイッチＱ２がオフに切り換えられるとき、電流は、自動車バッテリ２２から、インダクタＬ１と、充電スイッチＱ１に関連したダイオードＤ１とを通って流れ、コンデンサＣ１およびＣ２を（正から負へ）通るので、コンデンサＣ１およびＣ２にかかる電圧Ｖ_C1およびＶ_C2は増加し、そこに蓄積されたエネルギーは増加する。したがって、再生段階の間、インダクタＬ１は、バッテリ電圧を上昇させて第１および第２の電圧供給レール上の電圧Ｖ₀およびＶ₁を増加させるので、コンデンサＣ１およびＣ２にかかる電圧も増加する（即ち、インダクタＬ１は電源手段として働く）。再生段階の間の電流パスは、図２ｂの実線の矢印８９によって示されている。

図３ａおよび図３ｂを参照すると、放電、充電、再生段階の間にコンデンサＣ１およびＣ２に蓄積されるエネルギーＥ_C1およびＥ_C2が示されている。

コンデンサＣ１に蓄積されたエネルギーＥ_C1（図３ａの線４０Ａによって示されている）は、放電中にスパイク（ｓｐｉｋｅ）４６Ａを有する波形４２Ａのように増加し、充電中にスパイク４８Ａを有する波形４４Ａのように減少するように示されている。波形５０Ａは、コンデンサＣ１に蓄えられているエネルギーを示す。このエネルギーは、放電スイッチＱ２がオンおよびオフへ脈動する間に再生段階で増加する。スパイク５２Ａも示されている。これは、放電スイッチＱ２が有効化（閉止）状態と無効化（開放）状態との間で切り替えられる度に、エネルギーが第１のコンデンサＣ１へ転送されることを示している。

コンデンサＣ２に蓄積されたエネルギーＥ_C2（図３ｂの線４０Ｂによって示されている）は、放電中にスパイク４６Ｂを有する波形４２Ｂのように減少し、充電中にスパイク４８Ｂを有する波形４４Ｂのように増加するように示されている。波形５０ＢはコンデンサＣ２に蓄積されたエネルギーを示す。このエネルギーは、放電スイッチＱ２がオンおよびオフへ脈動する間に再生段階で増加する。スパイク５２Ｂも示されている。これは、放電スイッチＱ２が有効化（閉止）状態と無効化（開放）状態との間で切り替えられる度に、エネルギーが第２のコンデンサＣ２へ転送されることを示している。

図３ｃは、充電、放電、再生段階の間の、インダクタＬ１を通る電流Ｉ_L1と、放電スイッチＱ２のオンおよびオフへの切り替えと、再生スイッチＱ５のオンおよびオフへの切り替えとを示している。

誘導電流Ｉ_L1（線５０によって示されている）は、波形５２のスパイク５６によって示されているように、電流増加の間に約−２０Ａに降下し、放電段階の再循環段階の間に約−５Ａに戻る。充電段階において、誘導電流Ｉ_L1は、波形５４のスパイク５８で示されているように、電流増加の間に約０アンペアから約２０アンペアに増加し、再循環段階の間に約５アンペアに戻る。電流Ｉ_L1のスパイク５６および５８は、図３ｄで示されているように、電圧Ｖ_C2またはＶ_C1がインジェクタ電圧Ｖ_inj1を放電または充電するように加えられている間に起こる。波形７０は、再生段階で放電スイッチＱ２が脈動する間（即ち、点線７８で示されているように、再生スイッチＱ５が有効化されているとき）、約０アンペアから約−１５Ａに周期的に減少する誘導電流Ｉ_L1を示している。波形７２は、スイッチを有効化および無効化するため放電スイッチＱ２へ加えられている制御信号を表す。したがって、例えば、波形７４は、放電段階における再循環段階の放電スイッチＱ２の脈動を示し、波形７６は、回路動作の再生段階における放電スイッチＱ２のパルス幅で変調された脈動を表している。

図３ｄは、充電、放電、再生段階の間のインジェクタ１２ａにかかる充電、放電電圧Ｖ_inj1を示している。図３ｄの線６０で示されているインジェクタ電圧Ｖ_inj1は、放電中に波形６２のように減少し、充電中に波形６４のように増加する、第１のインジェクタ１２ａの電圧Ｖ_inj1を示している。線６６は、回路動作の再生段階の間、ほぼ一定のままである第１のインジェクタ１２ａの電圧Ｖ_inj1を示している。

要約すると、選択されたインジェクタ（例えば第１のインジェクタ１２ａ）を使用して噴射する必要があるとき、第１のインジェクタの放電スイッチＱ２およびセレクタ・スイッチＱ３の双方が閉止される。後続の放電および再生段階の間、選択されたインジェクタ１２ａにかかる電圧が、適切な電圧放電レベル（即ち、図３ｄで示されているＶ_DISCHARGE）へ減少して噴射を開始するまで、放電スイッチＱ２は自動的に開閉する。噴射が必要な所定の時間が経過すると、充電電流が第１および第２のインジェクタ１２ａおよび１２ｂを通って流れるように動作する充電スイッチＱ１の閉止によって、インジェクタ１２ａは閉止される。後続の充電および再循環段階の間、適切な充電電圧レベル（即ち、図３ｄで示されているＶ_CHARGE）が達成できるまで、充電スイッチＱ１は継続して開閉する。再生段階の間、再生スイッチＱ５が有効化され、放電スイッチＱ２は、第１および第２のコンデンサＣ１およびＣ２が所定のレベル（即ち、図３ａおよび図３ｂのＶ_gc1およびＶ_gc2）に達するまで、パルス幅変調信号２６の制御のもとで周期的に開閉する。

充電、放電、再生段階における回路２０ａの動作について、充電および放電スイッチＱ１およびＱ２の有効化を参照しながら説明したが、実際には、インジェクタ１２ａおよび１２ｂの充電、放電、再生は、多数の方法で制御可能である。第１に、これらの段階における回路２０ａの動作は、充電スイッチＱ１または放電スイッチＱ２を動作可能にし、ピーク電流閾値Ｉ_Pおよび再循環電流閾値Ｉ_Rを使用して充電スイッチまたは放電スイッチの有効化および無効化を制御することによって実行可能である（モード１）。または、充電Ｑ１または放電Ｑ２スイッチの有効化および無効化の双方は、充電、放電信号Ｃ／Ｄを脈動することによって、マイクロプロセッサ１６の直接制御のもとで実行可能である（モード２）。代替として、充電スイッチまたは放電スイッチを動作可能にすることは、マイクロプロセッサ１６の直接制御のもとで実行でき、充電スイッチまたは放電スイッチの無効化は、双方向パス３２を流れる電流が、減少した再循環電流閾値Ｉ_R以下に降下するときに行われる（モード３）。

前述したモードは図３ｅに示されている。そこでは、プロット（ａ）は、最初に、放電中に第１のインジェクタ１２ａを流れる電流Ｉ_INJ1を示している（もっとも、プロットは、動作の充電段階にも一様に適用できる）。双方向パス３２を流れる電流は、ピーク電流閾値Ｉ_Pと再循環電流閾値Ｉ_Rとの間で振動することが分かる。プロット（ｂ）は、低（動作不能）から高（動作可能）へ変化して、放電中に放電スイッチＱ２を動作可能にするＣ／Ｄ信号を示している。プロット（ｃ）は、電流がＩ_Pに達するときオンに切り換えられ、電流がＩ_R以下に降下するときオフに切り換えられる、放電スイッチＱ２を示している。モード２は、プロット（ｄ）および（ｅ）で示されている。その場合、Ｃ／Ｄ信号（プロット（ｄ）で示されている）は、放電スイッチＱ２を動作可能および動作不能にするように脈動する（プロット（ｅ）で示されている）。

本発明の第２の実施形態に従った駆動回路２０ｂは、図４に示されている。駆動回路２０ｂは、一般的に、本発明の第１の実施形態の駆動回路２０ａと同じように構成され、同様の構成要素は同一の参照符号を有する。第１の駆動回路２０ａと同じように、第２の駆動回路２０ｂは、第１および第２の電圧供給レールＶ_supplyおよびＶ₁を有し、一般的に、双方向電流パスとして利用できる中央回路パス３２を有する半Ｈブリッジとして構成されている。駆動回路２０ｂは、更に、インジェクタ１２ａおよび１２ｂの並列接続と直列に接続されたインダクタＬ₁と、電流検知および制御手段３４とを含む。第２の駆動回路２０ｂは、さらに、半Ｈブリッジ配置の対角に第１の（充電）スイッチＱ１および第２の（放電）スイッチＱ２を備えている。各々のスイッチは、それに接続されている再循環ダイオードＤ１およびＤ２を有し、再循環電流が再循環段階の間に第１および第２のエネルギー蓄積コンデンサＣ１およびＣ２へ戻ることを可能にし、再生電流Ｉ_regenが再生段階の間にエネルギー蓄積コンデンサへ流れることを可能にする。

第２の駆動回路２０ｂは、さらに、自動車バッテリ等の電源２２を含んでいる。電源２２は、任意の電源ユニット（ＰＳＵ）３６へ接続することができる。電源ユニット３６（もし必要であれば）は、アース端子と電圧レールＶ_supply（これは低い電圧レールである）との間に接続され、第１のエネルギー蓄積コンデンサＣ２へエネルギーを供給するように構成されている。第２のエネルギー蓄積コンデンサＣ１は、第１および第２の電圧供給レールＶ_supplyとＶ₁ に接続され、第１のエネルギー蓄積コンデンサＣ２は、第１の電圧供給レールＶ_supplyとアース端子に接続されている。

インジェクタ１２ａおよび１２ｂの各々は、関連したセレクタ・スイッチＱ３およびＱ４と直列に接続され、各々のセレクタ・スイッチは、関連したダイオードＤ３およびＤ４を有する。セレクタ・スイッチおよび関連ダイオードの機能は、第１の駆動回路２０ａについて説明したとおりである。

再生スイッチＱ５は、第２のエネルギー蓄積コンデンサＣ２をインダクタＬ１へ接続するため、第１のインジェクタ１２ａおよび第２のインジェクタ１２ｂと並列して回路２０ｂに含まれている。再生スイッチＱ５は、通常、ＩＧＢＴの形式を取る。このＩＧＢＴは、バイアス電源入力で電力を供給されるゲートドライブへ結合されたゲートを有する。再生スイッチＱ５は、それと並列に接続される関連した保護ダイオードＤ５を有する。充電中、再生スイッチＱ５に電流が流れるのを防止するため、更なるダイオードＤ６が再生スイッチＱ５と直列に接続されている。

中央回路パス３２内に置かれている電流検知および制御手段３４は、第１の回路２０ａにあるものと同じ機能を有するので、説明を省略する。前述したように、電圧検知手段（図示されず）も設けられている。

第２の駆動回路２０ｂの動作は、一般的に、第１の駆動回路２０ａについて説明したとおりであるが、回路のＶ_supplyレールへ接続されている電源２２（および任意のＰＳＵ３６）が存在するため、回路動作の再生段階の間において一部異なっている。

本発明の第１の実施形態と同じように、再生段階は、噴射の終わりの充電段階の後に続く。再生段階の間に、再生スイッチＱ５（これは、充電および放電段階の間、無効である）が有効化され、放電スイッチＱ２は、第１のＣ１コンデンサ上のエネルギーが所定のレベル（即ち、図５ａのＥ_C1）に達するまで、パルス幅変調信号２６の制御のもとで開閉する。本発明の第１の実施形態と同じように、放電スイッチＱ２は、前述した方法で再生段階（および充電、放電段階）の間に動作可能である。

図４を再び参照すると、再生スイッチＱ５が有効化されると、放電スイッチＱ２がオンの間に、電流は、自動車バッテリ２２（またはＰＳＵ３６）から取り出されて、再生スイッチＱ５と、ダイオードＤ６と、インダクタＬ１と、放電スイッチＱ２と、第２のエネルギー蓄積コンデンサＣ２とを通り（点線の矢印線で示されているように）、第２のコンデンサＣ２上のエネルギーが減少する。放電スイッチＱ２がオフに切り替えられたとき、電流は、第１のコンデンサＣ１から、再生スイッチＱ５と、ダイオードＤ６と、インダクタＬ１と、充電スイッチＱ１に関連したダイオードＤ１とを通って流れ、第１のコンデンサＣ１上のエネルギーが増加する（太い矢印で示されている）。したがって、本発明の第２の実施形態における再生段階の間、インダクタＬ１は、第２のエネルギー蓄積コンデンサＣ２から第１のエネルギー蓄積コンデンサＣ１へエネルギーを転送し、自動車バッテリ２２（またはＰＳＵ３６）は、Ｃ２上の電圧を維持する。このようにして、第２の電圧供給レールＶ₁へバッテリ電圧を転送するように再生段階が使用され、第１のエネルギー蓄積コンデンサＣ１にかかる電圧は増加する。

ここで図５ａおよび図５ｂを参照すると、放電、充電、再生段階で第１および第２のコンデンサＣ１およびＣ２に蓄積されるエネルギーＥ_C1およびＥ_C2が示されている。

第１のコンデンサ上に蓄積されるエネルギーＥ_C1（図５ａの線４０Ａで示されている）は、放電中にスパイク４６Ａを有する波形４２Ａのように増加し、充電中にスパイク４８Ａを有する波形４４Ａのように減少することが示されている。波形５０Ａは、第１のコンデンサＣ１上に蓄積されたエネルギーを示している。このエネルギーは、放電スイッチＱ２がオンおよびオフへ脈動する間に再生段階で増加する。スパイク５２Ａも示されており、これは、放電スイッチＱ２がその有効（閉止）状態と無効（開放）状態との間で切り替えられる度に、エネルギーが第１のコンデンサＣ１へ転送されることを示している。

第２のコンデンサＣ２上に蓄積されたエネルギーＥ_C2（図５ｂの線４０Ｂで示されている）は、放電中にスパイク４６Ｂを有する波形４２Ｂのように減少し、充電中にスパイク４８Ｂを有する波形４４Ｂのように増加することが示されている。波形５０Ｂは、第２のコンデンサ上に蓄積されたエネルギーを示している。このエネルギーは、放電スイッチＱ２がオンおよびオフへ脈動する間に再生段階で減少する。スパイク５２Ｂは、放電スイッチＱ２が有効（閉止）状態と無効（開放）状態との間で切り替えられる度に、第２のコンデンサＣ２から（および第１のコンデンサＣ１へ）転送されることを示している。

図５ｃは、充電、放電、再生段階の間にインダクタＬ１を通る電流Ｉ_L1と、インジェクタ１２ａにかかる充電、放電電圧Ｖ_inj1とを示している。

波形５２のスパイクによって示されているように、誘導電流Ｉ_L1（線５０によって示されている）は、電流増加の間に約−２５Ａへ降下し、放電段階の再循環段階の間に約−５Ａへ戻るように示されている。波形５４のスパイクによって示されているように、充電段階の間、誘導電流Ｉ_L1は、電流増加の間に約０アンペアから約２５アンペアへ増加し、再循環段階の間に約５アンペアへ戻る。電流Ｉ_L1のスパイクは、インジェクタ電圧Ｖ_inj1を放電または充電するように電圧が加えられている間に起こる。波形７０は、再生段階の間に、放電スイッチＱ２が脈動するとき約０アンペアから約−１５Ａへ周期的に減少する誘導電流Ｉ_L1を示している。

インジェクタ電圧Ｖ_inj1（線６０によって示されている）は、放電中に波形６２のように減少し、充電中に波形６４のように増加する第１のインジェクタ１２ａの電圧を示している。線６６は、再生段階の間ほぼ一定に維持される電圧Ｖ_inj1を示している。

本発明の好ましい実施形態を説明したが、問題とした実施形態は単なる例であって、添付の特許請求の範囲に記述される本発明の範囲から逸脱することなく、当業者によって案出される変形および修正が行われることを理解すべきである。

例えば、本明細書で説明した圧電インジェクタ１２ａおよび１２ｂは、燃料を噴射するためインジェクタを放電してインジェクタ弁を開放する放電モードで動作し、また更に、燃料の噴射を停止するため、インジェクタを充電してインジェクタ弁を閉止する充電モードで動作する。この場合、インジェクタは負電荷変位タイプである。しかし、本明細書で説明した駆動回路２０ａおよび２０ｂは、反対に正電荷変位タイプのインジェクタにより、充電モードの間に開放し、放電モードの間に閉止するように構成できる。

本発明の駆動回路２０ａおよび２０ｂに関して、２つの圧電燃料インジェクタ１２ａおよび１２ｂを図示および説明したが、エンジン１０は、１つまたは複数の燃料インジェクタを備えることができることを理解すべきである。それら燃料インジェクタは、全て駆動回路２０ａおよび２０ｂによって制御可能である。

本明細書で説明された駆動回路２０ａおよび２０ｂは、エンジン制御モジュール１４の中に組み込まれるか、または、それとは別個に設けることができる。

本発明の好ましい実施形態に従ってエンジン内の圧電燃料インジェクタを制御する駆動回路を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に従った図１の圧電駆動回路を示す回路図である。 図２ａの回路図で、回路動作の再生段階の電流パスを示す図である。 図２の駆動回路で、駆動回路が動作している間の第１のコンデンサのエネルギーレベルを示すグラフである。 図２の駆動回路で、駆動回路が動作している間の第２のコンデンサのエネルギーレベルを示すグラフである。 図２の駆動回路で、駆動回路が動作している間の、インダクタ内の電流と、放電スイッチの脈動と、再生スイッチの有効化とを示すグラフである。 噴射を開始および終了するため、燃料インジェクタへ加えられる駆動パルスを示すグラフである。 図２の駆動回路が動作している間の、スイッチの動作可能、動作不能および有効化、無効化を示す図である。 本発明の第２の実施形態に従った図１の圧電駆動回路で、回路動作の再生段階の間に回路を通る電流パスを示す回路図である。 図４の駆動回路で駆動回路が動作している間の、第１のコンデンサのエネルギーレベルを示すグラフである。 図４の駆動回路で駆動回路が動作している間の、第２のコンデンサのエネルギーレベルを示すグラフである。 インダクタ内の電流と、噴射を開始および終了するため燃料インジェクタへ加えられる駆動パルスとを示すグラフである。

Claims (26)

1. 第１の電圧レベルにある第１の電圧レール（Ｖ₀、Ｖ_supply）と、
   前記第１の電圧レベルよりも高い第２の電圧レベルにある第２の電圧レール（Ｖ₁）と、
   電圧供給手段（２２、３６）と、
   前記第１の電圧レール（Ｖ₀、Ｖ_supply）とアース端子とに接続されており、放電段階の間に少なくとも１つのインジェクタ（１２ａ、１２ｂ）と操作可能に接続され、インジェクタへ放電電流を流すことによって噴射を開始させる第１の電荷蓄積手段（Ｃ２）と、
   前記第１の電圧レール（Ｖ ₀ 、Ｖ _supply ）と前記第２の電圧レール（Ｖ ₁ ）とに接続されており、充電段階の間に前記少なくとも１つのインジェクタ（１２ａ、１２ｂ）と操作可能に接続され、インジェクタへ充電電流を流すことによって前記噴射を終了させる第２の電荷蓄積手段（Ｃ１）と、
   前記第１の電荷蓄積手段（Ｃ２）が前記少なくとも１つのインジェクタへ操作可能に接続されるか、または前記第２の電荷蓄積手段（Ｃ１）が前記少なくとも１つのインジェクタへ操作可能に接続されるかを制御するスイッチ手段（Ｑ１、Ｑ２）と、
   充電段階の終わりに動作可能であって、後続の放電段階の前にエネルギー蓄積デバイス（Ｌ１）を介して前記電圧供給手段から少なくとも前記第２の電荷蓄積手段へ電荷を転送する再生スイッチ手段（Ｑ５、Ｑ２、Ｌ１）と
   を備える、前記少なくとも１つのインジェクタ（１２ａ、１２ｂ）を有するインジェクタ装置のための駆動回路（２０ａ、２０ｂ）。
2. 前記充電段階を有効化するため閉止するように動作可能な第１のスイッチ（Ｑ１）と、前記放電段階を有効化するため閉止するように動作可能な第２のスイッチ（Ｑ２）とを含むスイッチ手段をさらに備える、請求項１に記載の駆動回路（２０ａ、２０ｂ）。
3. 前記再生スイッチ手段（Ｑ５、Ｑ２、Ｌ１）が、前記充電段階の終わりに、前記電圧供給手段（２２）から前記第１の電荷蓄積手段（Ｃ２）および前記第２の電荷蓄積手段（Ｃ１）へ電荷を転送するように動作可能である、請求項１または２に記載の駆動回路（２０ａ）。
4. 前記再生スイッチ手段（Ｑ５、Ｑ２、Ｌ１）が、前記充電段階の終わりに、前記電圧供給手段から前記第１の電荷蓄積手段（Ｃ２）へ電荷を転送し、前記エネルギー蓄積デバイス（Ｌ１）を介して前記第１の電荷蓄積手段（Ｃ２）から前記第２の電荷蓄積手段（Ｃ１）へ電荷を転送するように動作可能である、請求項１または２に記載の駆動回路（２０ｂ）。
5. 前記再生スイッチ手段（Ｑ５、Ｑ２、Ｌ１）が、前記再生段階の間に、前記第２のスイッチ（Ｑ２）の動作に応答して、前記電圧供給手段（２２）から前記第１の電荷蓄積手段（Ｃ２）および前記第２の電荷蓄積手段（Ｃ１）へ電荷を転送するように動作可能である、請求項３に記載の駆動回路（２０ａ）。
6. 前記再生スイッチ手段（Ｑ５、Ｑ２、Ｌ１）が、前記再生段階の間に、前記第２のスイッチ（Ｑ２）の動作に応答して、前記電圧供給手段（２２、３６）から前記第１の電荷蓄積手段（Ｃ２）へ電荷を転送するように動作可能である、請求項４に記載の駆動回路（２０ｂ）。
7. 前記第１の電荷蓄積手段（Ｃ２）および前記第２の電荷蓄積手段（Ｃ１）がコンデンサを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の駆動回路（２０ａ、２０ｂ）。
8. 更に、第１のインジェクタ（１２ａ）および第２のインジェクタ（１２ｂ）を備え、これらのインジェクタが並列に配置され、前記第１のインジェクタ（１２ａ）または前記第２のインジェクタ（１２ｂ）の独立した選択を制御して、放電段階の間に、選択されたインジェクタ（１２ａ、１２ｂ）へ放電電流を供給して噴射を開始させるための前記スイッチ手段（Ｑ１、Ｑ２）と、前記再生スイッチ手段（Ｑ５、Ｑ２、Ｌ１）と、更なるスイッチ手段（Ｑ３、Ｑ４）とへ操作可能に接続される、請求項１から７のいずれか一項に記載の駆動回路（２０ａ、２０ｂ）。
9. 実質的に中央回路分岐（３２）を有する半Ｈブリッジ回路として構成され、前記第１のインジェクタ（１２ａ）および前記第２のインジェクタ（１２ｂ）が、前記中央回路分岐において並列に配置されている、請求項８に記載の駆動回路（２０ａ、２０ｂ）。
10. 更に、各々のインジェクタ（１２ａ、１２ｂ）にかかる電圧を検知する電圧検知手段と、検知された電圧を示す信号を受け取る制御手段とを備える、請求項８または９に記載の駆動回路（２０ａ、２０ｂ）。
11. 前記制御手段が、更に、開始信号を前記スイッチ手段（Ｑ１）へ提供して、前記選択されたインジェクタの前記充電段階を開始するように構成されている、請求項１０に記載の駆動回路（２０ａ、２０ｂ）。
12. 前記制御手段が、更に、前記再生スイッチ手段（Ｑ５、Ｑ２、Ｌ１）へ開始信号を提供して前記再生段階を開始し、前記再生スイッチ手段へ終了信号を提供して前記再生段階を終了するように構成されている、請求項１０または１１に記載の駆動回路（２０ａ、２０ｂ）。
13. いったん所定の放電閾値電圧（Ｖ_DISCHARGE）が検知されると、前記更なるスイッチ手段（Ｑ３、Ｑ４）へ終了制御信号を提供して、前記選択されたインジェクタの前記放電段階を終了するように、更に前記制御手段が構成されている、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の駆動回路（２０ａ、２０ｂ）。
14. 前記制御手段が、更に、前記スイッチ手段（Ｑ１、Ｑ２）へ開始制御信号を提供して、前記選択されたインジェクタの前記放電段階を開始するように構成されている、請求項１３に記載の駆動回路（２０ａ、２０ｂ）。
15. 前記制御手段が、パルス幅変調信号を提供し、前記再生段階の間に前記スイッチ手段（Ｑ２）へ動作可能信号および動作不能信号を交互に提供することによって、前記エネルギー蓄積デバイス（Ｌ１）との間でエネルギーを転送するように構成されている、請求項１０から１４のいずれか一項に記載の駆動回路（２０ａ、２０ｂ）。
16. 前記少なくとも１つのインジェクタ（１２ａ、１２ｂ）が圧電アクチュエータを備える、請求項１から１５のいずれか一項に記載の駆動回路（２０ａ、２０ｂ）。
17. 放電段階の間に少なくとも１つのインジェクタ（１２ａ、１２ｂ）へ第１の電荷蓄積手段（Ｃ２）を操作可能に接続し、放電電流をインジェクタに流すことによって噴射を開始するステップであって、前記第１の電荷蓄積手段（Ｃ２）は、第１の電圧レール（Ｖ ₀ 、Ｖ _supply ）とアース端子とに接続されるものであり、前記第１の電圧レール（Ｖ ₀ 、Ｖ _supply ）は第１の電圧レベルにある、ステップと、
    充電段階の間に前記少なくとも１つのインジェクタと第２の電荷蓄積手段（Ｃ１）とを操作可能に接続し、充電電流をインジェクタに流すことによって前記噴射を終了するステップであって、前記第２の電荷蓄積手段（Ｃ１）は、前記第１の電圧レール（Ｖ ₀ 、Ｖ _supply ）と第２の電圧レール（Ｖ ₁ ）とに接続されるものであり、前記第２の電圧レール（Ｖ ₁ ）は前記第１の電圧レベルよりも高い第２の電圧レベルにある、ステップと、
    後続の前記放電段階の前に、電荷が電圧供給手段（２２、３６）からエネルギー蓄積デバイス（Ｌ１）へ転送され、前記エネルギー蓄積デバイス（Ｌ１）から少なくとも前記第２の電荷蓄積手段（Ｃ１）へ転送される再生段階を開始するために、前記充電段階の終わりに再生スイッチ手段（Ｑ５、Ｑ２）を有効化するステップと、
    前記再生スイッチ手段を無効化して、前記再生段階を終了するステップと
    を含む、前記少なくとも１つのインジェクタを有するインジェクタ装置のための制御方法。
18. 前記有効化するステップの間、電荷が前記電圧供給手段（２２）から前記エネルギー蓄積デバイス（Ｌ１）へ転送され、続いて前記エネルギー蓄積デバイス（Ｌ１）から前記第１の電荷蓄積手段（Ｃ２）および前記第２の電荷蓄積手段（Ｃ１）へ転送される、請求項１７に記載の制御方法。
19. 前記有効化するステップの間、電荷が前記電圧供給手段（２２）から前記第１の電荷蓄積手段（Ｃ２）へ転送され、続いて前記第１の電荷蓄積手段（Ｃ２）から前記エネルギー蓄積デバイス（Ｌ１）へ転送されて、前記第２の電荷蓄積手段（Ｃ１）へ転送される、請求項１７に記載の制御方法。
20. 前記エネルギー蓄積デバイス（Ｌ１）との間で電荷を転送するステップが、周期的に実行される、請求項１７から１９のいずれか一項に記載の制御方法。
21. 前記エネルギー蓄積デバイス（Ｌ１）との間で電荷を転送するステップが、パルス幅変調信号の制御のもとで実行される、請求項２０に記載の制御方法。
22. 前記パルス幅変調信号のデューティサイクルを変化させる更なるステップを含む、請求項２１に記載の制御方法。
23. 前記第１の電荷蓄積手段（Ｃ２）または前記第２の電荷蓄積手段（Ｃ１）のいずれかが、前記少なくとも１つのインジェクタ（１２ａ、１２ｂ）へ操作可能に接続されるかどうかを制御する更なるステップを含む、請求項１７から２２のいずれか一項に記載の制御方法。
24. 再生開始信号を提供して前記再生スイッチ手段（Ｑ５、Ｑ２）を有効化し、前記再生段階を開始する、更なるステップを含む、請求項１７から２３のいずれか一項に記載の制御方法。
25. 再生終了信号を提供して前記再生スイッチ手段（Ｑ５、Ｑ２）を無効化し、前記再生段階を終了する、更なるステップを含む請求項２４に記載の制御方法。
26. 前記再生開始信号が、所定数の噴射の後に提供される、請求項２４に記載の制御方法。